Meccanismi in Movimento

Una delle attività su cui stiamo lavorando in questo periodo sono i linkages,
la traduzione italiana di linkages è leveraggi...ma non chiarisce molto.

Dalla Treccani viene descritto così:
leveràggio s. m. [dall’ingl. leverage, der. di lever «leva»]. –Meccanismo costituito da un insieme di leve, disposte l’una in serie all’altra, nel quale la potenza di una leva è equilibrata dalla resistenza di quella contigua


Nonostante il loro nome non sia molto usato sono apparati molto diffusi.

 



Dai tergicristalli alle tenaglie ai freni delle biciclette...alle creature di Theo Jansen, di cui ci ha parlato Enrico in questi post 1 e 2, siamo pressoché circondati da linkages!!

Ma oltre alla loro diffusione un'altra loro caratteristica è che realizzarli può esser divertentissimo...non che facciano ridere, ma che generino un coinvolgimento da tenerti incollato alla postazione di lavoro.

Noi li abbiamo testati su un pubblico un po' specfiale, in 2 varianti, la prima durante la MeetMeTonight dello scorso 30 settembre, dove ispirandosi a questi esempi il nostro pubblico poteva realizzare dei meccanismi per far suonare uno strumento musicale tra quelli che avevano a disposizione o di loro costruzione o animare un pupazzo.

 

Le postazioni di lavoro erano dotate di :
una tavoletta forata realizzata con la nostra benemerita Trotec
un motore
e una scatola di barre lego

La seconda versione è quella che abbiamo proposto alla Maker Faire di Roma gli scorsi 14-15-16 ottobre, dove abbiamo presentato il tinkenrig in collaborazione col Tinkering Studio e ospiti della Ambasciata U.S.A.

Stesso argomento, ma lo scopo proposto è stato di realizzare dei disegni sfruttando la tecnica del light painting, ossia, montando sul meccanismo un led, realizzare un disegno sfruttando una webcam ed un pc con su Mercury.

 

Dopo queste esperienze siamo sicuri che molto presto anche questi "meccanismi" entreranno a far parte delle attività della nostra Tinkering Zone e quindi presto tra le nostre proposte del week end.

Grande merito va riconosciuto a Fabio per aver realizzato con le nostre stampanti3D 40 elementi lego-compatibili per alloggiare i led (presto metteremo in condivisione i files) e al Tinkering Studio per aver condiviso su Instructables come realizzare le tavolette.

Vitamine da disegno

 Le vitamine sono un bel gruppo di sostanze, spesso colorate, che regola diverse reazioni chimiche nel corpo. Voglio provare a vedere quanto si assomigliano le vitamine di uno stesso gruppo, ad esempio le vitamine del gruppo B, e quanto invece sono diverse tra gruppi che hanno nomi diversi.
Ho visto in rete che versando un liquido colorato nel latte si formano sulla superficie disegni particolari a seconda della sostanza che si versa, grazie all'effetto della tensione superficiale. Voglio provare questo metodo per confrontare le vitamine.
Ho a disposizione alcune vitamine del gruppo B (in polvere), la vitamina C (compressa effervescente), la vitamina A (un integratore alimentare che favorisce l'abbronzatura). Le preparo in soluzione, 10 ml sono sufficienti. Verso il latte nel piatto e inizio aggiungendo con il contagocce un po' di colorante alimentare rosso, per creare più contrasto.
Quando il rosso si è diffuso sul latte, inizio a versare le vitamine. Uso la A (gialla),  B1 (incolore), C (arancione), B12 (rosa) e B6 (incolore).
Alla fine osservo questo:

Tutte le vitamine, tranne la A, sembrano diffondere sulla superficie in tutte le direzioni, alcune più velocemente, altre più lentamente.La Vitamina A, invece, forma una grossa bolla. E' una bella differenza, ma potrebbe dipendere anche da come ho versato la vitamina. Decido allora di far cadere qualche goccia di sapone sulla superficie del latte per rompere la tensione superficiale. Succede questo:

 vitamine da disegno

In effetti la bolla di vitamina A si mantiene e continua a galleggiare sul latte. Le altre vitamine si ridistribuiscono, cambiano un po' i disegni che  formano e continuano a diffondere.
La soluzione di vitamina A si comporta come l'olio sull'acqua, tutte le altre invece si legano all'acqua. La vitamina A, quindi, potrebbe essere lipofila, tutte le altre idrofile (B1, B6, B12 e C).

Ecco un altro disegno di latte e vitamine (A, B12 e C). Anche in questo caso, la vitamina A forma delle bolle.

Per scoprire qualche differenza o somiglianza in più tra le vitamine del gruppo B ho provato ad aggiungere un indicatore liquido di acidità (blu di bromotimolo) nelle vitamine in soluzione. Ecco cosa è successo con le vitamine: B1, B2, B3, B5, B6, B7. B9 e B12

quindi la B1, B6 e B9 sono acide perchè si colorano di giallo; B3, B5, B7 e b12 basiche perchè si colorano di blu. La B2 è probabilmente basica, ma il colore giallo di fondo non permette di distinguere bene.
Quello che concludo è che tutte le vitamine B sono idrofile, alcune sono acide e altre basiche.

Qui spiegato l'effetto dei coloranti sul latte:
http://www.thenakedscientists.com/HTML/experiments/exp/psychedelic-milk/

Bastano due graffette e una striscia di carta

Cerco materiale per attività che mostrino legami fra forme e azioni, come una forma (o disposizione geometrica) particolare possa definire il risultato di una azione, per esempio che cosa possiamo ottenere muovendo attorno a uno o più punti fissi alcune barre rettilinee attaccate l'una all'altra (viene indicato come linkage). Del tutto casualmente ho trovato questo video che non c'entra nulla con le mie barre ma è veramente spiazzante.

Perplexing Paperclips - Numberphile 

Ovviamente conto di utilizzarlo, anche se non so ancora bene in quale contesto.

In rotazione

Sto pensando alle attività da proporre durante i corsi per insegnanti che si svolgeranno in estate (http://www.museoscienza.org/scuole/corsiFormazione.asp) e naturalmente in questa fase butto sul tavolo tutto quel che mi viene in mente o trovo in giro nella rete, per analizzarlo poi con calma e scegliere quel che è più efficace e divertente.
Da sempre mi affascina la rotazione delle cose e vorrei che facesse parte dei corsi. Ho ritrovato due fenomeni proprio belli. 

Physics of toys- Cup Flyers // Homemade Science with Bruce Yeany

Toy Physics - Looping Pendulum /// Homemade Science with Bruce Yeany

Avevo visto lo stesso fenomeno per la prima volta nel sito di Steve Spangler, The Unbelievable Pendulum Catch, ma Bruce Yeany crea situazioni divertenti.

Non conoscevo Bruce Yeany, ho visto che ha realizzato una consistente serie di video che mi guarderò con calma e attenzione.

Aste in verticale

Inverted Pendulum 

Un modo interessante di tenere in verticale un'asta!
La descrizione del fenomeno è in http://sciencedemonstrations.fas.harvard.edu/presentations/inverted-pendulum.

Ho ritrovato questo video girellando nel web alla ricerca di materiali da usare come spunti di discussione alla fine di una delle attività del laboratorio temporaneo di matematica: l'attività consiste nel tenere in verticale su un dito un'asta di legno e nel rappresentare con un disegno, uno schema, un diagramma quel che accade, cioè quel che la persona fa per tenerlo in verticale senza farlo cadere.

Ma si può esagerare: perchè limitarsi a un pendolo inverso semplice quando possiamo averlo doppio?

Upside down pendulum

E qui mi sono perso un po'!

Pensare che ero partito con situazioni tranquille:
PID control of an inverted pendulum using Arduino Mega 2560
Control of Inverted Pendulum with Servo Pneumatics - Enfield Technologies
Swing-up and balancing control of an inverted pendulum mechanism

facendo poi una veloce incursione nei veicoli 
NXT Cart Inverted Pendulum Control  - LEGO
Inverted Pendulum 
How Segway Works
segway

Mi era sembrato già avventato passare a pendoli doppi:
Control of Double Inverted Pendulum, WETI Gdańsk
Double Inverted Pendulum
Experiments with a Double and Triple Pendulum
Balancing a Double Inverted Pendulum
Double Inverted Furuta Pendulum

ma poi ho trovato questo modo inaspettato di mantenere l'equilibrio, giocando con la conservazione del momento angolare 
Reaction Wheel Inverted Pendulum
Reaction-Wheel Inverted Pendulum, balancing with PID control

Self Balancing Stick - Dual Axis Reaction Wheel Inverted Pendulum

Alla fine mi hanno salutato i droni, che non solo tengono in equilibrio un'asta in A Flying Inverted Pendulum ma fanno di tutto in The Astounding Athletic Power of Quadcopters | Raffaello D'Andrea | TED Talks

Disegnare nell'aria

Durante la domenica del nostro week end dedicato alla matematica (12-13 marzo 2016) la Tinkering Zone è stata invasa da strani manufatti.

Da una parte, col nostro immarcescibile Enrico, opere all'uncinetto che descrivevano strane superfici
(http://lavorincorso-museoscienza.blogspot.it/2014/10/matematica-alluncinetto.html),
dall'altra con Linda si disegnavano solidi geometrici con le nostre penne 3d
(http://lavorincorso-museoscienza.blogspot.it/2013/02/una-penna-dal-tratto-solido.html).

Questa sui solidi geometrici era un'attività che abbiamo portato al museo per la prima volta e siamo molto soddisfatti. Qui sotto ho raccolto un po' di foto di quanto prodotto.

 

La nostra ospite, Linda Giampieretti, è una giovane matematica laureatasi presso l'Università degli Studi di Bologna, che porta avanti da un paio di anni un progetto sull'insegnamento della geometria solida con la penna 3D e presso musei e scuole tiene workshop e corsi di formazione sull'uso di questo strumento in ambito didattico.

Questa è la pagina facebook che raccoglie le sue esperienze : Fascinating World of Geometric Forms

e questi un paio di suoi articoli:

"La penna 3D, imparare costruendo e manipolando le figure geometriche"- Indire

"Con la penna 3D gli studenti potranno“toccare” la geometria (non solo immaginarla)"-
Startupitalia - Ischool Education - Il futuro della scuola 

Di granuli, caffè e spezie

Sto lavorando sul caffè insieme a Enrico, per proporre una nuova attività ai ragazzi dell'Istituto Alberghiero Vespucci. L'idea è partire da un alimento noto, che i ragazzi "maneggiano" a scuola nel loro laboratorio di cucina e usarlo per esplorare fenomeni che possono portare molto lontano o al contrario molto dentro, dentro a un chicco, appunto.

Partiamo da dentro: il modo più semplice di vedere cosa ci sia dentro è provare a tirarlo fuori, a estrarlo. Ho preso dei chicchi di caffè tostati e li ho triturati grossolanamente in un mortaio, ho messo il risultato in due becher diversi, ho aggiunto in uno acqua calda e nell'altro alcol etilico e poi ho filtrato nei cilindri. Ecco il risultato.

A sinistra l'estrazione con acqua calda, a destra con alcol etilico.
Ho ripetuto l'estrazione con il caffè già macinato, molto più fine di quello che avevo preparato io. E' venuto così.
 

Anche in questo caso il colore più scuro l'ho ottenuto dall'estrazione con acqua calda e il più chiaro con alcol etilico. Ma i colori sono diversi da prima, sembra quindi che la differenza dipenda proprio dalla granulometria del caffè.

Ho deciso di usare anche l'alcol etilico perchè su altri "granulari da mangiare", le spezie macinate, mi ha dato un altro risultato interessante, il profumo. Con i chiodi di garofano, triturati nel mortaio, dopo l'aggiunta di alcol e la filtrazione è percepibile bene l'odore tipico di questa spezia, ma non il colore (che si estrae con l'acqua calda). Con la cannella succede il contario.

Tutto questo ha sicuramente a che fare con la solubilità delle molecole responsabili del colore e del profumo, per alcune migliore in acqua, per altre, probabilmente quelle lipofile, in alcol etilico. Si tratta di molecole molto diverse tra loro, a seconda delle spezie, che derivano non solo da piante varie ma anche da parti diverse della pianta (dal calice i chiodi di garofano, dalla corteccia la cannella, dal seme per il caffè).

E per sentire tutto l'aroma (o gli aromi) del caffè e delle spezie come dovrebbe avvenire l'estrazione?
Per il caffè è l'acqua il liquido migliore, ovviamente. Ma quanto deve essere calda? A temperature diverse, infatti, succede questo:

 https://www.youtube.com/watch?v=pswagEyDVn0

Tutti i modi di preparare il caffè nel mondo usano queste variabili (temperatura, granulometria) oltre a tutte le altre (qualità del caffè, strumenti vari) per cercare di rispondere a questa domanda da secoli!

E poi abbiamo continuato a esplorare il comportamento di questo granulare da mangiare, il caffè, a partire da un effetto curioso, ottenuto con i fondi di caffè:

 https://www.youtube.com/watch?v=ddjleIqIXBE

Naturalmente entra (o dovrebbe entrare) in gioco la legge di Bernoulli, ma dove non entra in gioco quando si parla di fluidi!?